Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

5.11: Primair Actief Transport
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Primary Active Transport
 
TRANSCRIPT

5.11: Primary Active Transport

5.11: Primair Actief Transport

In contrast to passive transport, active transport involves a substance being moved through membranes in a direction against its concentration or electrochemical gradient. There are two types of active transport: primary active transport and secondary active transport. Primary active transport utilizes chemical energy from ATP to drive protein pumps that are embedded in the cell membrane. With energy from ATP, the pumps transport ions against their electrochemical gradients—a direction they would not normally travel by diffusion.

Relationship between Concentration, Electrical, and Electrochemical Gradients

To understand the dynamics of active transport, it is important to first understand electrical and concentration gradients. A concentration gradient is a difference in the concentration of a substance across a membrane or space that drives movement from areas of high concentration to areas of low concentration. Similarly, an electrical gradient is the force resulting from the difference between electrochemical potentials on each side of the membrane that leads to the movement of ions across the membrane until the charges are similar on both sides of the membrane. An electrochemical gradient is created when the forces of a chemical concentration gradient and electrical charge gradient are combined.

Sodium-Potassium Pump

One important transporter responsible for maintaining the electrochemical gradient in cells is the sodium-potassium pump. The primary active transport activity of the pump occurs when it is oriented such that it spans the membrane with its extracellular side closed, and its intracellular region open and associated with a molecule of ATP. In this conformation, the transporter has a high affinity for sodium ions normally present in the cell in low concentrations, and three of these ions enter into and attach to the pump. Such binding allows ATP to transfer one of its phosphate groups to the transporter, providing the energy needed to close the pump’s intracellular side and open the extracellular region.

The change in conformation decreases the pump’s affinity for sodium ions—which are released into the extracellular space—but increases its affinity for potassium, allowing it to bind two potassium ions present in low concentration in the extracellular environment. The extracellular side of the pump then closes, and the ATP-derived phosphate group on the transporter detaches. This enables a new ATP molecule to associate with the pump’s intracellular side, which opens and allows the potassium ions to exit into the cell—returning the transporter to its initial shape beginning the cycle again.

Due to the pump’s primary active transport activity, there ends up being an imbalance in the distribution of ions across the membrane. There are more potassium ions inside the cell and more sodium ions outside the cell. Therefore, the inside of the cells ends up being more negative than the outside. An electrochemical gradient is generated as a result of the ion imbalance. The force from the electrochemical gradient then propels the reactions of secondary active transport. Secondary active transport, also known as co-transport, occurs when a substance is transported across a membrane as a result of the electrochemical gradient established by primary active transport without requiring additional ATP.

In tegenstelling tot passief transport houdt actief transport in dat een stof door membranen wordt bewogen in een richting tegen zijn concentratie of elektrochemische gradiënt in. Er zijn twee soorten actief transport: primair actief transport en secundair actief transport. Primair actief transport maakt gebruik van chemische energie van ATP om eiwitpompen aan te drijven die in het celmembraan zijn ingebed. Met energie van ATP transporteren de pompen ionen tegen hun elektrochemische gradiënten in - een richting die ze normaal niet zouden afleggen door diffusie.

Verband tussen concentratie, elektrische en elektrochemische gradiënten

Om de dynamiek van actief transport te begrijpen, is het belangrijk om eerst de elektrische en concentratiegradiënten te begrijpen. Een concentratiegradiënt is een verschil in de concentratie van een stof over een membraan of ruimte die beweging van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie drijft. Evenzo is een elektrische gradiënt de krachtals gevolg van het verschil tussen elektrochemische potentialen aan elke kant van het membraan dat leidt tot de beweging van ionen over het membraan totdat de ladingen aan beide kanten van het membraan gelijk zijn. Een elektrochemische gradiënt ontstaat wanneer de krachten van een chemische concentratiegradiënt en elektrische ladingsgradiënt worden gecombineerd.

Natrium-kaliumpomp

Een belangrijke transporteur die verantwoordelijk is voor het handhaven van de elektrochemische gradiënt in cellen, is de natrium-kaliumpomp. De primaire actieve transportactiviteit van de pomp vindt plaats wanneer deze zodanig is georiënteerd dat deze het membraan overspant met de extracellulaire zijde gesloten en het intracellulaire gebied open en geassocieerd met een ATP-molecuul. In deze conformatie heeft de transporter een hoge affiniteit voor natriumionen die normaal in lage concentraties in de cel aanwezig zijn, en drie van deze ionen gaan de pomp binnen en hechten zich eraan. Door een dergelijke binding kan ATP een van zijn fosfaatgroepen overbrengen naar de transporter, providing de energie die nodig is om de intracellulaire zijde van de pomp te sluiten en het extracellulaire gebied te openen.

De verandering in conformatie verlaagt de affiniteit van de pomp voor natriumionen - die vrijkomen in de extracellulaire ruimte - maar verhoogt de affiniteit voor kalium, waardoor het twee kaliumionen kan binden die in lage concentratie aanwezig zijn in de extracellulaire omgeving. De extracellulaire kant van de pomp sluit dan en de ATP-afgeleide fosfaatgroep op de transporter wordt losgemaakt. Hierdoor kan een nieuw ATP-molecuul zich associëren met de intracellulaire kant van de pomp, die opent en de kaliumionen de cel in laat gaan - waardoor de transporter terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm en de cyclus opnieuw begint.

Vanwege de primaire actieve transportactiviteit van de pomp, ontstaat er een onbalans in de verdeling van ionen over het membraan. Er zijn meer kaliumionen in de cel en meer natriumionen buiten de cel. Daarom is de binnenkant van tDe cellen worden negatiever dan de buitenkant. Een elektrochemische gradiënt wordt gegenereerd als gevolg van de ionenonbalans. De kracht van de elektrochemische gradiënt drijft vervolgens de reacties van secundair actief transport aan. Secundair actief transport, ook wel co-transport genoemd, vindt plaats wanneer een stof over een membraan wordt getransporteerd als gevolg van de elektrochemische gradiënt die wordt bepaald door primair actief transport zonder dat extra ATP nodig is.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter